JPH0795094B2 - 自動案内車両の操縦方法 - Google Patents

自動案内車両の操縦方法

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JPH0795094B2
JPH0795094B2 JP61505032A JP50503286A JPH0795094B2 JP H0795094 B2 JPH0795094 B2 JP H0795094B2 JP 61505032 A JP61505032 A JP 61505032A JP 50503286 A JP50503286 A JP 50503286A JP H0795094 B2 JPH0795094 B2 JP H0795094B2
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steering
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light beam
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動案内車両を操縦するための操縦方法に関す
る。
工業界では、倉庫や工場で物品および材料を異なった場
所間に移送する際に自動案内車両が多く用いられること
になり、この場合運搬車は種々の場所間での所定の経路
に沿って自動的に制御されることになる。運搬車の信頼
し得る舵取方法においては、運搬車制御システムが床内
あるいは床上に配置されたケーブルループもしくは床上
に描かれたループを検出するようになっている。このよ
うな運搬車制御システムはきわめて信頼し得るものであ
り、しかも簡単に使用され得るものではあるが、しかし
運搬車を用いる構内での条件については、制御ループを
床内あるいは床上で使用することが常に適当であるとい
う訳ではない。また、それに加えて、かかる運搬車制御
システムには、運搬車の移動が制御ループによって規定
された経路に厳格に制限され、しかも制限ループの恒久
的設置のために該経路を容易に変更し得ないという大き
な欠点もある。
そこで、自動案内運搬車を操縦するための操縦システム
であって、運搬車の移動が恒久的に設置された制御ルー
プによって制限されない操縦システムが開発されてい
る。このような操縦システムにあっては、運搬車には、
それが移動される構内での固定物に対する現在位置を常
に明らかにする装置が設けられている。本発明はそのよ
うなタイプの操縦方法に関するものであり、要するに、
本発明は、一般的には、平面内で移動する車両を操縦す
るための操縦方法であって、車両の位置および方向につ
いての計算が該平面内において車両の基準点から固定位
置までの角度を車両の基準方向に対して測定することに
よって行われるようになった操縦方法に関するものであ
る。
自動案内車両の操縦が自由に行われるようになった従来
の操縦システムでは、運搬車が移動される構内で固定配
置された反射器を検出するためにレーザービームが用い
られる。このような従来の操縦システムはいわゆる“タ
ートル（TURTLE）”と呼ばれ、これについては、1983年
７月号のエフエムエス マガジン（FMS Magazine）の23
2ないし236頁に記載されている。この種の操縦システム
は、車両がその求めるべき各位置で構内に固定設置され
た複数の反射器を観察することになるという事実と、そ
れら反射器が見分けられて認識され得るという事実とに
基づくものであり、それは各反射器からのコード化され
た光学的信号によってなされることになる。この場合、
運搬車から発せられたレーザービームが360゜に亙って
走査され、レーザービームが反射器を通過する際に、バ
ーコード化された反射信号が発生させられることにな
る。
ジャーナル オブ ダイナミック システムス、メジャ
メント アンド コントロール（Journal of Dynamic S
ystems,Measurement,and Control）、1983年９月号、10
5巻の152ないし155頁には別のタイプの従来の操縦シス
テムが記載されており、それは上述のタートル−システ
ム（TURTOLE−system）に類似した位置計算を行うタイ
プのものに基づくものであるが、しかし空間内で固定位
置を求めて見分けるためにレーザー光の代わりに超音波
を用いるものである。この場合には、各固定位置からは
実際の位置に対して予め決められた独特な周波数が発せ
られるようになっている。このような操縦システムはロ
ボティックス エイジ（Robotics Age）、1983年、３月
/4月号の31ないし33頁に記載された操縦システムと類似
するものであり、それは米国特許第4,328,545号の請求
事項（subject matter）ともなっている。しかしなが
ら、その操縦システムの場合には、固定位置には個々に
コード化された光を発すべくビーコンが設けられて、運
搬車のレシーバがそのような光信号を発するビーコンを
見分け得るようになっている。
本発明者が知る限りでは、自動案内運搬車を自由に操縦
するための従来の操縦システムは、運搬車によって受信
されてその現在位置を計算すべく用いられる信号がその
発信地点に対して特有なものとされて、それら発信地点
を見分けるために用いられるという事実に基づくもので
ある。これは従来の操縦システムを制限する結果とな
る。本発明の目的は、空間内で固定地点から信号を発す
るものとして簡単な構造でしかも安価な反射器を上述し
たような見分けのために該信号のコード化の必要なしに
用い得るようにすることである。一方、本発明では、固
定地点が一時的に隠れた場合でも、あるいは操縦システ
ムとは係りのない反射が起きた場合でも、位置を求める
ことは可能となる。
本発明の目的を達成するために、本発明による操縦方法
には請求の範囲第１項に記載されているような特徴が与
えられる。
次に、添付図面を参照して、本発明について一層詳しく
説明することにする。なお、添付図面において、 第１図は構内の平面図であって、自動案内運搬車が本発
明による操縦方法を適用することによって該構内で操縦
される状態を示す平面図、 第２図は運搬車の側面図、 第３図は第２図のIII−III線に沿う運搬車の水平断面
図、 第４図は走査レザービームを発生させる光学システムの
概略側面図、 第５図は３つの固定基準点に対する角度から運搬車の位
置および方向を計算するための幾何学図、 第６図は本発明による操縦方法を実施するための電子シ
ステムのブロック線図、 第７図は運搬車に設けられる電子システムを詳細に示す
ブロック線図、 第８図は電子システムに用いるのに適当な検出器の概略
正面図、 第９図は第８図に示した検出器を用いて反射器を走査す
る際の走査状態を示す概略平面図、 第10図は第９図に示すような走査によって検出器から得
られた信号を示すグラフである。
第１図を参照すると、そこには適当な経路10が示されて
おり、その経路10は本発明による操縦方法を適用するこ
とによって自動案内運搬車11でもって辿られることにな
る。経路10は構内の自由空間を延びて、構内の壁および
／または構内に存在する物例えば参照番号12によって一
般的に示す機械、貯蔵棚等によって限定される。運搬車
が移動し得るようになっている自由空間は、実際には、
固定物によって限定されるか、あるいは壁によって包囲
されなければらないということはなく、運搬車の移動用
空間は特定の形状を持ちしかも他の目的のために水平面
に延長部を備える所定の領域に限定されてもよい。本発
明による操縦方法を用いる場合には、複数の反射器13が
移動空間に設けられることになり、これら反射器13は最
も単純でしかも安価なものとされる。反射器13について
は、反射テープ例えば３エム・スベンスカエービー（3M
Svenska AB）からスコッチ ライフ（SCOTCH LIFE）と
いう商標名で売られている反射テープから適当に作られ
る。反射テープは壁あるいは物に直接的に取り付けても
よいし、あるいは垂直方向に配置されしかも約20mmの直
径を持つ直立ピンに取り付けてもよい。反射テープには
垂直方向に或る程度の延長部が設けられるべきである。
反射器13の背後は暗い背景とされて、該反射器がその背
景に対して際立つようにされる。
運搬車11にはレーザービームを発して360゜の走査を行
うようになった光学システム14が配置される。運搬車11
は光学システム14を取り付けるために特別な態様で構成
される（第２図および第３図）。要するに、運搬車11は
シャーシ15を具備し、このシャーシ15は２つの直立体あ
るいはコラム16と２つのフランジあるいはウエブ17との
上で運搬車11の本体18を支持する。この場合シャーシ15
と本体18との間にはギャップ19が残される。ギャップ19
内には光学システム14が取り付けられるが、その取付態
様については、フランジあるいはウエブ17が走査作動垂
直軸線20に対して半径方向に延びるようにされる。この
ような取付態様によれば、床あるいは地面に接近したレ
ベルにおいてレーザービームを走査作動垂直軸線20の回
りで走査する際に殆ど邪魔されない走査エリアが得られ
ることになる。レーザービーム自体は無害なものとされ
るけれども、すべてのレーザービーム（たとえ弱いレー
ザービームであっても）が目にとって危険なものである
と多くの人々には考えられている。上述の構成において
は、レーザービームは目のレベルよりも遥かに下方とさ
れる。なお、そのような光学システム14の配置によれ
ば、走査中のレーザービームが運搬車11の本体18とその
上に載せられた荷物とによって遮られるということが全
くないという利点も得られ、このことは確実でしかも信
頼性のある操縦を行うためには相当に重要な事項であ
る。
運搬車11の本体18には適当な荷物持上げ手段あるいはそ
の他の荷物取扱い手段が設けられてもよく、また該本体
18には電子機器やバッテリ等の設置空間も与えられ得
る。
光学システム14の構成については、原則的には、第４図
に図式的に示すようなものとすることができる。レーザ
ー発生器21は可視光線としてのガスレーザー（He−Ne）
であってもよいし、あるいはパルス化可能な赤外線放射
としての半導体レーザーであってもよい。このようなレ
ーザー発生器21はレーザービームをミラー22に向けて発
射し、次いで該レーザービームはミラー22によって反射
させられてミラー24の開口23を通ってミラー25に向かわ
せられる。ミラー25は回転自在に取り付けられたバラン
スホィール26上に支持され、バランスホィール26は駆動
ベルトを介して駆動モータ27に連結され、これによりバ
ランスホィール26は１秒当たり２もしくは３回転程度の
一定回転速度で回転させられる。バランスホィール26は
高精度の角度計28あるいはその周期を測定する周期測定
装置に接続され、これによりバランスホィール26は一定
速度で基準位置から所定位置まで回転させられ、このと
きその角度位置が表示されるようにされる。このような
タイム測定については、高精度角度検出器よりも簡単で
しかも安価な装置を用いて高い信頼度で行うことができ
る。
レーザービームが反射器13に照射されると、レーザービ
ームは反射されてミラー25に戻され、このミラー25によ
って、その反射レーザービームはミラー24に伝えられ
る。次いで、該反射レーザービームはミラー24からは適
当な光学系29によって検出器30に導かれてそこに集光さ
せられる。
第５図では、運搬車11は座標系内に示されている。この
場合、或る時刻に対する運搬車11の位置を明らかにする
ためには、走査作動垂直軸線20の座標ＸおよびＹと角度
ψとが決定されなければならない。なお、角度ψは座標
軸Ｘと車両の基準線Ｌとの間の角度であり、その基準線
Ｌは通常は車両の長手方向軸線とされる。かかる決定に
ついては、運搬車11によってその実際の位置から観察さ
れる３つの固定点すなわち３つの反射器を利用すること
によって行うことができる。運搬車11の基準点20から３
つの反射器の座標（X1,Y1）、（X2,Y2）および（X3,
Y3）へのそれぞれの視線と基準線Ｌとの間の角度ψ１、
ψ２およびψ３に基づいて、運搬車11の位置および方向
を従来周知の三角法によって決定することが可能であ
り、そのような三角法は先に述べたような刊行物すなわ
ちジヤーナル オブ ダイナミック システムス、メジ
ャメント、アンド コントロール（Journal of Dynamic
Systems,Measurement,and Control）、1983年９月号、
105/153巻に記載されている。要するに、運搬車11の光
学システム14を用いることによって、角度ψ１、ψ２お
よびψ３が測定され、それらの測定角度に基づいて、第
５図で３つの固定点と運搬車11の位置を通って描かれた
２つの円についての式が決定され、これにより運搬車11
の位置および方向が計算されることになる。このような
計算法自体は従来から知られているものであるから、こ
こでは、その三角法の計算の説明については省くことに
する。しかしながら、ここで説明する操縦システムと先
の参照文献に述べられた操縦システムとの間には大きな
相違があり、それは計算に必要とされる３つの固定点が
コード化によって見分けられていないということであ
る。運搬車11は３つ以上の固定点を観察することができ
るので、それら固定点をいずれにしても見分けることは
必要とされる。
反射器を設けた移動エリアおよび経路は電子メモリに記
憶される。電子メモリへの記憶は周知の技術を用いて行
われる。応用可能な方法は、CADシステム例えばオート
キャド（AutoCAD）を用いることであり、それはマイク
ロコンピュータで任意の図面を作成し得る製図プログラ
ムである。このようなプログラムを用いることによっ
て、第１図に示すような運搬車の移動エリアの平面図を
マイクロコンピュータにプログラム化することができ
る。決定された運搬車経路を記憶させるためには、運搬
車11がオートキャド（AutoCAD）プログラムによる記憶
の一態様として該運搬車経路に沿って運転させられて、
その位置がプログラムに連続的に記憶される。反射器の
位置については、通常の土地測量技術を利用することに
よって決定されて、その測量地点がプログラムに記憶さ
れる。別の方法として、反射器の位置については、運搬
車11を既知の経路に沿って運転させることによって位置
決めして、光学システム14と運搬車11のコンピュータシ
ステムにロードされたプログラムとを利用することによ
って決定してもよい。
したがって、運搬車が決定された経路を自動的に辿ると
き、先ず、運搬車の位置および方向がその後の位置およ
び方向を見分けるためのベースとして機能するように明
らかにされなければならない。これは種々の方法で行う
ことができる。１つの方法によれば、運搬車は最初に明
らかにされる位置および方向として予め決められた位置
および方向に置かれる。別の方法によれば、位置および
方向が３つの固定点から時間に対して明らかにされ、こ
のとき該固定点については或る種の見分けが付くものと
仮定される。これは所定位置の運搬車から観察され得る
すべての固定点について繰り返される。このようにし
て、それぞれの３つの固定点に対して複数の位置および
方向が得られることになり、これらは計算のためのベー
スとなる。得られた結果についての変動が計算され、次
いで計算が固定点の見分けについての別の仮定でもって
繰り返される。最も少ない変動を与える仮定が分かった
とき、それらの固定点が見分けられることになる。
運搬車が移動するにつれて、運搬車の位置および方向に
ついての連続的な計算がそれぞれの個々の位置毎におい
て行われるが、それはプログラム化された障害物につい
ての案内による実際の位置での運搬車から観察し得る反
射器に対して光学装置14によってなされる角度測定に基
づいて行われる。かくして、運搬車の新たな位置決めは
その位置および移動方向に関して前以て得られた情報に
基づくことになる。
注目すべき点は、運搬車のそれぞれの位置毎にその位置
および方向についての幾つかの決定が運搬車によってそ
の実際の位置から観察される反射器の数がどの位あるか
ということに従って行われるということである。反射器
は簡単でしかも安価なものとされるので、また該反射器
がコード化反射信号を伝えなければならないという訳で
はないので、それら反射器を多数設けることができるこ
とになり、このため位置および方向にいついて高精度の
計算を得ることが可能である。
上述したような計算を利用することによって本発明によ
る操縦方向を実施するためには、原則的には、第６図に
示すように構成されたコンピュータシステムが用いられ
る。多数の運搬車に共通に用いられ得る据付け制御コン
ピュータ31は移動エリアとそこでの望ましい経路を例え
ば前述のオートキャド（AutoCAD）プログラムによって
プログラム化するために設けられる。また、据付け制御
コンピュータ31にはキーボードを備えたオペレータ用コ
ンソール32が接続され、これにより一時的な手動操作を
ロードされたプログラムにおいて行い得るようにされ
る。据付け制御コンピュータ31は通信システム34（第６
図）例えば無線リンク（電波あるいは赤外線）を介して
各運搬車のマイクロコンピュータ35に接続される。
据付け制御コンピュータ31はシステムでは幾つかの運搬
車のコーディネータとして作動し、上述の無線リンクを
介して必要な情報を各運搬車のマイクロコンピュータ35
に与える。コンピュータ35はモトロラ エムシー 6801
0（Motorola MC 68010）型のものとしてよく、それは運
搬車の別のマイクロコンピュータ36に接続される。マイ
クロコンピュータ36もモトロラ エムシー 68010（Mot
orola MC 68010）型のものとしてよく、それは光学シス
テム14から角度測定信号を受信し、しかも前述の方法の
適用によって運搬車の瞬間的な位置および方向について
の情報をコンピュータ35に与えるべく該角度測定信号を
処理する。次いで、コンピュータ35では、プログラム化
データとの比較が行われ、その結果に応じて比較制御信
号が運搬車の駆動システム37に伝えられ、これにより運
搬車の移動について必要な補正が行われて、運搬車は所
定の経路に沿って移動させられることになる。コンピュ
ータ35には適当なセンサシステム38も接続され、これに
より人員や物との衝突の虞れがあるとき、運搬車の移動
が停止される。
運搬車の制御についての精度は第８図に示すようなタイ
プの検出器を用いることによって大巾に改善され得る。
このような検出器は周知の設計のものであり、それは参
照番号39Aおよび39Bで示すような２つのシリコンホトダ
イオードからなる。各シリコンホトダイオードは100μ
ｍ程度の幅を持ち、また両シリコンホトダイオードは10
μｍ程度のギャップ40によって分離させられる。反射器
13の走査については、原則的には、反射器の表面に対す
る検出器すなわち２つのシリコンホトダイオードの投影
として見なすことができる。これについては第９図に示
されている。検出器の投影像が矢印41の方向において反
射器に入り込むとき、先ず一方のシリコンホトダイオー
ド39Aが反射器の領域内に取り込まれ、次いで他方のシ
リコンホトダイオードが取り込まれる。これらシリコン
ホトダイオードからの信号を逆極性で適用すると、検出
器からは第10図に示すような信号が得られる。第10図に
おいて、水平軸は走査角度を示し、また垂直軸は検出器
からの信号値を示す。シリコンホトダイオード39Aの像
だけが反射器に投影されるとき、検出器からの信号値は
正の最大値まで上昇してその後ゼロまで再び下降する。
第２のシリコンホトダイオードが反射器に入り始める
と、第２のシリコンホトダイオードによって得られる信
号値が第１のシリコンホトダイオードからの信号値から
減じられる。その後、検出器からは第１のシリコンホト
ダイオードの投影が反射器の表面から移動するまで信号
が得られることはなく、このとき検出器からは第２のシ
リコンホトダイオードからの信号が発せられることにな
る。換言すれば、そのような構成によれば、容易に見極
めの付く明確な信号が得られることになり、これは、角
度測定が高精度で行われ、それに対応する精度でもって
運搬車の位置および方向の決定がなされるということを
意味する。
前述の方法の適用によって位置および方向を決定するこ
とは走行距離計でもって完璧なものとされ得るものであ
り、それは、運搬車の車輪／梶取機構のセンサが走行距
離および現時点での移動方向をそれぞれ示す信号を与え
るということを意味し、またそれら信号が運搬車の位置
および方向の変更を計算するために該信号を利用され、
これによりコンピュータ36で実行される計算に基づいて
運搬車の実際の位置および方向についての情報を得るこ
とができるということも意味する。このようにして得ら
れた多数の情報は本発明による操縦方法の適用によって
得られた情報と共に処理される得る。
また、運搬車の速度を示しかつ周知の方法によって容易
に計算される多数の情報を利用することによって、複数
の固定点についての角度測定間での運搬車の移動に対す
る保証を行うこともできる。換言すれば、測定中に運搬
車が停止させられることはなく、僅かに移動する場合で
あっても、位置の計算は実行されることになる。
運搬車を手動で制御する制御手段、例えば運搬車にケー
ブルを介して接続された制御パネルを設けることができ
る。
一方では運搬車によって辿られる経路と他方では経路の
うちの同一部分を辿られる経路との間で或る程度の横方
向の逸れについてプログラム化しておいてもよく、この
場合には、運搬車が長期に亙って同じ経路に沿って移動
させられるときに支持台（床）に轍の跡が付けられない
ようにされるという利点が得られる。
本発明の要点は匿名の反射信号を与える多数の反射器を
利用して運搬車の移動位置および移動方向を決定するよ
うになった操縦方法にある。このような操縦方法を実現
させる機械的および電子工学的な手段について以上の好
ましい実施例において説明したが、本願の請求の範囲か
ら逸脱することなく、それら手段に対して種々の変更を
加えてもよく、また該手段に対してここでは説明しない
ものによって置き換えるこもとできる。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】平面内で移動する車両を操縦するための操
    縦方法であって、車両の実際の位置および方向について
    の決定が該平面内において車両の基準点から固定点まで
    の角度を車両の基準方向に対して測定することによって
    行われるようになった操縦方法において、 匿名ではあるが位置について明らかにされた複数の固定
    点を前記車両の操縦のために配置し、 前記固定点の各々についての情報を電子的メモリに予め
    記憶し、 前記平面内での車両の移動を既知の位置でしかも既知の
    方向で開始し、このため該既知の位置での基準点から観
    察され得る固定点を見分けることが可能であり、 前記車両の移動中における該車両の個々の位置および方
    向において、最後に明らかにされた位置および方向の情
    報を観察可能な固定点の見分けのために順次利用するこ
    とを特徴とする操縦方法。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載の操縦方法におい
    て、前記電子メモリに前記車両の基準点と前記固定点と
    の間に存在する視覚障害物についての情報も記憶され、
    該情報も前記固定点の見分けのために利用されることを
    特徴とする操縦方法。
  3. 【請求項３】請求の範囲第１項に記載の操縦方法におい
    て、前記固定点の配置関係については、車両から光ビー
    ムを発射して水平方向に走査し、該光ビームを前記固定
    点に設けた反射器から反射させ、その反射光ビームを車
    両で受けることによって明らかにされることを特徴とす
    る操縦方法。
  4. 【請求項４】請求の範囲第３項に記載の操縦方法におい
    て、前記固定点の記憶については、視覚障害物を持つ前
    記平面と該固定点とを前記電子メモリ内で再現すること
    によって行われることを特徴とする操縦方法。
  5. 【請求項５】請求の範囲第４項に記載の操縦方法におい
    て、上述の再現については、視覚障害物を持つ前記平面
    と前記固定点とを可視的に再現し得るCADシステムで行
    われるようになっており、車両によって辿られる経路も
    そのような可視再現に含まれることを特徴とする操縦方
    法。
  6. 【請求項６】請求の範囲第３項に記載の操縦方法におい
    て、前記固定点の位置決定については、既知の経路に沿
    って車両を移動させて、光学システムとプログラム制御
    下での計算とを利用して該固定点に対する角度を測定
    し、次いで該固定点についての位置を前記電子的メモリ
    内に記憶させることによって行われることを特徴とする
    操縦方法。
  7. 【請求項７】請求の範囲第３項に記載の操縦方法におい
    て、上述の角度測定については、一定速度で水平方向に
    走査される光ビームを基準点から反射器に当たる位置ま
    で移動させる際の間隔を測定することによって行われる
    ことを特徴とする操縦方法。
  8. 【請求項８】請求の範囲第３項に記載の操縦方法におい
    て、前記反射光ビームが並置関係に置かれた２つのホト
    ダイオードによって検出され、それらの出力値が逆極性
    で適用され、該２つのホトダイオードが該反射光ビーム
    に前後して当たるようになっていることを特徴とする操
    縦方法。
  9. 【請求項９】請求の範囲第３項に記載の操縦方法におい
    て、前記光ビームが床面あるいは地面に接近して発射さ
    れることを特徴とする操縦方法。
  10. 【請求項１０】請求の範囲第１項に記載の操縦方法にお
    いて、車両がその移動中に所望の経路に関連した位置に
    導かれるようになっており、該車両が該所望の経路に沿
    って引き続き移動させられる際に所定の経路の両側のい
    ずれかに向かって幾分変位させられるようになっている
    ことを特徴とする操縦方法。
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